突破關鍵性技術 城軌建設進入高速賽道

城市軌道交通對促進城市結構調整、城市布局整合、土地開發利用，以及城市和交通運輸的可持續發展都有著巨大影響。圖為鐵四院規劃建設的武漢光谷廣場地下空間綜合體。

隨著我國軌道交通的快速發展，其也滲入到城市經濟建設的方方面面中。軌道交通的建設，不僅促進了城市商業結構的變更，提升了沿線房地產的價值，同時還帶動工業用地向郊區遷移，大幅改善了城市的環境。

“城市軌道交通系統的規劃設計直接影響城市的基本布局和功能定位,對城市發展有極強的引導作用。”談到這一話題時，獨立分析師徐宏對記者說，城市軌道交通對促進城市結構調整、城市布局整合、土地開發利用，以及城市和交通運輸的可持續發展都有著巨大影響。

正是因為城市軌道交通有著如此重要的作用，建設者們必須在核心技術領域持續突破，才能讓城市軌道交通建設“又快又穩”。近日，記者從中鐵第四勘察設計院集團有限公司(以下簡稱“鐵四院”)了解到，該院以“智慧城軌”為引領，創建并形成了城軌TOD開發、全自動運行、裝配式智能建造、智能運維及綜合監測、城市地下大空間等八大創新技術，引領城軌建設邁入高速發展賽道。

綠色發展成為城軌建設新趨勢

截至2022年年末，武漢地鐵運營里程達到435公里，位居全國第五、世界前十。不過，隨著地鐵網越來越復雜，地下作業空間狹小、污染排放高、施工方式粗放、勞動力需求大等成為制約地鐵施工的難題。

2022年8月，驕陽似火。武漢地鐵前川線湯馬區間2號風井施工現場，加長臂挖掘機、運輸車等往來穿梭，一派熱火朝天的施工景象。

“在湯馬區間2號風井作業過程中，我們采用了裝配式空心鋼管混凝土支撐技術，順利完成基坑的施工工作，這一技術為全國首創。”鐵四院城地院副總工程師徐軍林介紹說，經測算，相對于傳統現澆混凝土支撐，裝配式技術可降低碳排放量約75%，明顯減少了對環境造成的影響。

記者了解到，近年來國家已經在地面民用建設大力推行裝配式建筑，鐵四院率先在國內嘗試研發了地下車站裝配疊合式設計建造成套技術。據悉，面對產業現代化的迫切需求，鐵四院以BIM協作平臺為手段，預判優化建造工序和工藝，同時引入激光技術，構建智能化吊裝防碰撞預警系統，實現了設計、生產、施工等全流程的智能制造。

徐軍林表示，該技術結合建筑、裝修、管線等裝配式一體化方案研究，以標準設計、模數協同以及集成化、信息化為目標，以BIM協作平臺為手段，引入三維動態仿真技術全過程模擬裝配建造，預判優化建造工序與工藝;同時建造過程中引入激光技術，構建智能化吊裝防碰撞預警系統，實現設計、生產、施工等信息交互，全面提升裝配式地下車站的智能建造技術。

“我們研發了裝配式路面鋪蓋系統，根據不同的跨度可以選用不同的型號鋪蓋，解決了現澆混凝土鋪蓋存在的問題;還研發了一體化綜合支架系統、地鐵裝配板式軌道系統，以及裝配式站臺板、裝配式樓梯、裝配式支撐、預制軌頂風道等，同時還配套開發了裝配式建造設備機械。”徐軍林說。

按照規劃，未來裝配式智能建造技術還將在武漢地鐵3號線二期工程、無錫地鐵5號線、濟南地鐵8號線、深圳地鐵15號線等多個城市推廣采用。

除了推廣裝配式建造模式，以此降本增效，不斷綠色發展外，鐵四院的建設者們還不斷在城軌運行的各個階段進行創新，通過能源管理系統著力打造全生命周期的“綠色地鐵”。

眾所周知，城軌全自動列車及站場運行的關鍵保障之一是電力。隨著軌道交通網絡的形成，用電總量隨之大幅增長，降低運行耗能、減少用電總量是實現可持續發展的迫切需求。

因此，鐵四院利用綜合設計院優勢，多年來深耕優化節能策略，聯合知名高校、設備制造企業開發了城軌能源智能管理系統(uiems)，成為全國首個實現對牽引系統、暖通系統、照明系統等主要用能負荷動態節能管控的城市軌道交通能源智能管理系統。

鐵四院電化院副總工程師何斌介紹說，該系統以數據監測為基礎，針對占地鐵耗能近80%的三大用能體系(牽引、暖通、照明)，建立分層級能耗評價系統，為能耗指標提供可量化評價依據，實現用能動態優化。

據了解，將發電廠經電力傳輸線送來的電能，變換成適合列車所需的電壓，并分送到接觸軌的場所，叫牽引變電所。何斌透露，運用城軌能源智能管理系統后，將原本獨立運行的牽引變電系統統一調控，可節能約5%。

與此同時，城軌能源智能管理系統在地鐵各個公共區域安裝CO2傳感器、濕度溫度傳感器，實時感受環境的溫度和人流的密度，并結合車站環境，分析出調節需求，根據環境變化動態調整，實現“人多多吹風，人少少吹風”，可節能約8.8%。

“城軌能源智能管理系統還安裝了照度傳感器、人體感應傳感器，感受照度變化、人流疏密，綜合考慮自然光線和廣告照明，實時調整燈光照度。根據列車進出站情況，可提前預測照明需求，調節屏蔽門上方燈帶，車來燈亮，車走燈熄。智能照明系統可節能1.8%。”何斌表示，運用城軌能源智能管理系統后，遠期每年可減少244萬噸二氧化碳排放量，相當于每年約多種1.4萬棵樹。

通過技術創新打造更好乘坐體驗

伴隨城市發展、交通客流量攀升，軌道交通面臨越來越大的挑戰，為實現高效、安全、低耗運營，全自動運行技術應運而生。

2021年年末，武漢地鐵5號線開通，這條網紅線路是武漢首條采用全自動駕駛的地鐵線路，坐在地鐵里，從車頭、車尾位置，直接可以看到窗外風景，仿佛乘坐上了一輛時光穿梭機。

這是武漢首條全自動駕駛線路，日均客流26.38萬人次。鐵四院在地鐵5號線實現了108個全場景應用，在全國首次提出了自動聯掛、摘鉤場景。

據了解，目前全國14個城市開通了全自動運行的24條線路，運行旅程500公里，其中鐵四院共有5條線路實現無人駕駛，“地鐵5號線”也成為市民和游客紛紛“打卡”的網紅線路。

“確保列車自動運行、精準停車、安全平穩的關鍵，就在于列車運行控制系統。這正是列車運行的‘神經中樞’所在。”鐵四院通號院副總工程師劉濤介紹，早在2013年，鐵四院便成立了全自動運行技術科研團隊，這是國內較早跟蹤該技術的研究團隊。

經過多年探索，鐵四院編制完成了全自動運營技術系列規范，定義了108個地鐵全自動運營場景，創建了1085項技術需求。而在全自動運行技術后，與傳統線路相比，武漢地鐵5號線故障率由百萬列公里1.8次下降為0.7次，準點率從99.89%提升至99.99%，旅行速度從普通線路的35公里/小時提升至37.55公里/小時。

在軌道交通監測方面，鐵四院還牽頭承擔了國家重點研發計劃《城市地下基礎設施運行綜合監測關鍵技術研究與示范》，構建了以物聯、智慧、安全為本的軌道交通基礎設施運行綜合監測體系。

劉濤介紹說，鐵四院全自動運行設計項目類型涵蓋地鐵、市域、跨坐式單軌、懸掛式單軌等各種制式，參與設計的在建項目逾20條，并承擔多個省市首條全自動運行項目攻堅，已成為國內FAO設計經驗最豐富的團隊。

值得注意的是，城市軌道交通的建設，不僅僅能夠提升人們的出行體驗。越來越多的城軌站點，已成為市民休閑和消費的中心廣場或城市中心。以城軌站點為圓心向外輻射，通過對土地、交通等相關因素的一體化規劃設計，來協調城市發展過程中產生的交通擁堵和用地不足的矛盾，最終將讓城軌站點實現集工作、商業、文化、教育、居住等為一身的“混合用途”。

鐵四院同樣深知這一發展趨勢。鐵四院城地院副總工程師梁田介紹，目前該院積累了軌道沿線開發規劃、站點周邊城市設計、站城一體綜合開發、場城一體綜合開發、綜合交通樞紐開發、軌道交通站點開發、地下空間開發、市政隧道TOD開發等TOD八大板塊設計技術。

截止到2022年，鐵四院在全國30余個城市已承攬TOD設計項目180余個，其中建成15個項目、300萬平方米;在建53個項目、650萬平方米;規劃中110余個項目、1000萬平方米。

在這一理念下，武漢光谷廣場地下空間綜合體、杭州西站、杭州秦望通道工程、杭州五常車輛基地上蓋綜合開發、深圳西麗樞紐、蘇州天鵝蕩車輛段上蓋開發、惠州北站綜合交通樞紐配套工程、無錫雪浪車輛段上蓋開發等，都是“鐵四院TOD融合方案”的典范之作。

像“搭積木”一樣建造地鐵站、遠程就能檢修地鐵軌道……眼下，城市軌道交通設計和運維技術越來越先進了。也正是憑借在技術上的不斷突破創新和持續扎根城市軌道交通，鐵四院才能聚焦“綜合開發、智慧城軌、綠色低碳、安全韌性”，闖出一條高質量發展的創新之路。